Раздел 5. Конструкции фундаментов жилых и общественных зданий

Конструкции нулевого цикла – это подземная часть здания, расположенная ниже нулевой отметки, за которую принимают перекрытие первого этажа. К этим конструкциям относятся фундаменты и цокольные стены. К ним предъявляют требования по обеспечению прочности, устойчивости и долговечности (морозостойкости, сопротивлению воздействия грунтовых и агрессивных вод и др.)

5.1 Типы и классификация фундаментов

Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными. Фундаменты капитальных зданий выполняют из бута, бетона, железобетона, бутобетона и кирпича. При отсутствии других материалов разрешается применять для фундамента хорошо обожженный кирпич. В зависимости от передаваемой нагрузки на грунт и конструктивной схемы здания фундаменты делят на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами), столбчатые (в виде отдельных столбов), сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием) и свайные. В зависимости от необходимой площади подошвы и вида применяемого материала форма поперечного сечения ленточных и столбчатых фундаментов может быть различной. По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание. К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты. Гибкие фундаменты выполняют из железобетона. По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными. В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложения.

Конструкции фундаментов зависят от конструктивной схемы здания, нагрузок, гидрогеологических условий строительной площадки, наличия средств механизации возможности использования местных строительных материалов. Ленточные фундаменты - устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные.

Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков. Блоки-подушки прямоугольного и трапецеидального сечений высотой 300 и 500мм, длиной от 800 и до 2800мм, уложенные вплотную одна к другой в направлении несущих стен, образуют сплошную ленту. Фундаменты в которых блоки-подушки с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми. Расстояние между блоками засыпают песком.

Рис. 1 Конструктивные схемы фундаментов: а – ленточный;

б – столбчатый; в – сплошной; г – свайный; 1 – монолитная железобетонная плита; 2 – сваи; 3 – ростверк; 4 – стена; 5 – фундаментные балки.

Рис. 2 Ленточные фундаменты: а – прямоугольный;

б – то же, с подушкой;

в – трапецеидальный;

г – ступенчатый;

д – гибкий фундамент;

1 – обрез фундамента;

2 – подушка.

Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных. В поисках экономичных решений фундаментов в строительстве применяются пустотелые, ребристые фундаментные блоки-подушки, однако они не нашли широкого применения вследствие сложной технологии изготовления. Существенная экономия материала достигается применением крупноразмерных элементов фундаментов. В некоторых жилых зданиях с поперечными несущими стенами применяют ленточные фундаменты в виде железобетонных плит. В зданиях с продольными несущими стенами применяют фундаменты со стенкой из крупных железобетонных панелей.

Рис. 3 Конструкции ленточных фундаментов:

а – сборный;

б – то же , прерывистый;

в – монолитный фундамент (бутобетонный);

г – бутовый фундамент;

1 - фундаментные подушки»

2 – бетонные блоки;

3 – отмостка;

4 – гидроизоляция;

5 – кирпичная облицовка (в ½ кирпича).

Рис. 4 Заглубленные ленточные фундаменты:

а – фундамент из сборных бетонных блоков;

1-защитный слой;

2-песчаная засыпка;

3-полиэтиленовая пленка;

4,10,13-гравий;

5,14-дренажное устройство;

6-перекрытие над подвалом;

7-теплоизоляция;

8-покрытие битумом;

9-бетонная подготовка;

11-жесткая минеральная вата;

12-подшва фундамента;

б – монолитный бетонный или бутобетонный фундамент;

1-песчаная засыпка;

2-дренажное устройство;

3-бутобетонный ленточный фундамент;

4-цокольное перекрытие;

5-проветриваемое подвальное пространство;

6-гравий;

7-полиэтиленовая пленка;

8-колонна;

9-основание колонны;

в – фундамент из специальных цокольных блоков;

1-защитный слой;

2-штукатурка;

3-гидроизоляционный слой;

4-бетонный блок;

5-основание фундамента;

6-стальной прут.

Рис. 5 Сборные ленточные фундаменты из бетонных блоков:

а – монтажная схема с маркировкой сечений; б – детали сечений фундаментов под стены зданий с подвалами и техническими подпольями; в – детали сечений фундаментов под стены зданий без подвалов и технических подполий; 1-фундаментная плита; 2-цементно-песчаный раствор; 3-бетонные стеновые блоки; 4-окраска горячим битумом за 2 раза; 5-отмостка; 6-два слоя толя или гидроизола на битумной мастике; 7-конструкция пола; 8-цокольное перекрытие.

Рис. 6

Рис.6 Сборные ленточные фундаменты панельных зданий с поперечными внутренними несущими стенами:

А – фундамент плана при несущих продольных наружных стенах;

Б – то же, при ненесущих;

В – варианты конструкции наружных цокольных панелей;

а-легкобетонных; б-трехслойных;

в-ребристых железобетонных;

1-железобетонная фундаментная подушка;

2-наружная цокольная панель;

3-цокольня внутренняя панель;

4-цокольное перекрытие.

Рис. 7 Типы сборных блок-подушек:

а, б, в – блок подушки массового строительства; г – блок подушка с предварительно напряженной арматурой; д – то же, с облегченными консолями; е – то же, с горизонтальными пустотами.

Рис. 8 Детали конструкций сборных ленточных фундаментов:

А – примыкание фундамента внутренней стены к наружной; Б – деталь прерывистого ленточного фундамента; В – устройство подпольных каналов; а-непроходного под полом по бетонной подготовке; б-то же под деревянным полом по лагам; в-полупроходного канала под деревянным полом по лагам; 1-фундаментная плита; 2-цементно-песчаный раствор; 3-бетонные блоки стен подвала; 4-бетон; 5-арматурная сетка; 6-утрамбованный грунт; 7-кирпичная стенка; 8-съемная железобетонная плита; 9-съемный дощатый щит; 10-окраска горячим битумом.

Рис. 9 Конструкции облегченных ленточных фундаментов:

а- с применением безраскосных железобетонных ферм; б- из крупных панелей; 1-фундаментная блок-подушка; 2-железобетонная ферма; 3-плиты перекрытий; 4-цокольная панель; 5-панель-стенка; 6-место сварки панелей; 7-стена; 8-отмостка; 9-бетон; 10-глиняная подстилка; 11-утеплитель.

Монолитные ленточные фундаменты выполняют из каменной кладки, бетона или железобетона. Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты. Их выполняют из бетона М75 и бутового камня, вводимого в бетон по мере возведения фундамента. Увеличение ширины фундамента к подошве производят уступами. Минимальное отношение высоты уступа к его ширине зависит от материала фундамента и давления на грунт и колеблется от 1,25 до 2.

Столбчатые фундаменты – устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного давления грунта основания или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3-5м), что экономически не оправдывает применение ленточных фундаментов. Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными. Под зданиями с несущими стенами столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3 – 5м на глухих участках стен. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Столбчатые фундаменты устраивают и под отдельно стоящие опоры зданий: под каменные колонны – сборный фундамент из железобетонных блоков-подушек, а под железобетонные колонны каркасных зданий – из железобетонных блоков-подушек и подколонников стаканного типа.

Рис. 10 Монолитные ленточные фундаменты:

а-схема плана фундамента с маркировкой сечений; б-детали сечений фундаментов под стены зданий с подвалами и техническими подпольями;

Рис. 10 Монолитные ленточные фундаменты:

в-то же под стены зданий без подвалов и технических подполий; 1- окраска горячим битумом за 2 раза; 2 - отмостка; 3-два слоя толя или гидроизола на битумной мастике; 4 - цокольное перекрытие; 5 - конструкция пола по грунту.

Рис. 11 Столбчатые фундаменты малоэтажных зданий:

а - под каменные стены;

б - под панельные стены одноэтажных зданий;

в - под деревянные стены;

1 - фундаментные столбы;

2 - цокольная стенка из кирпича;

3 - шлак, (песок);

4 - отмостка;

5 - фундаментный стакан;

6 - железобетонный столб 120х120мм;

7 - рандбалка;

8 - фундаментный блок;

9 - фундаментно-цокольная рандбалка;

10 - стеновая панель;

11-гидроизоляция

Рис. 12 Сборные столбчатые фундаменты многоэтажных зданий:

а-под каменные колонны;

б-под сборные колонны;

в-фундамент стаканного типа;

1-блок-подушка;

2-колонны;

3-цокольная панель;

4-отмостка;

5-песчаная подсыпка;

6-заливка цементным раствором;

7-подколонник.

Под монолитные железобетонные или стальные колонны зданий устраивают монолитные (в большинстве случаев ступенчатые) фундаменты из бута, бутобетона, бетона или железобетона.

Свайные фундаменты – устраивают при строительстве на слабых сильно сжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен многоэтажных зданий. Применение забивных свайных фундаментов также экономически оправдано при массовом строительстве зданий средней и повышенной этажности. Забивные сваи в поперечном сечении бывают круглыми, призматическими, двутавровыми и цилиндрическими. В панельных зданиях, с перекрытиями из панелей размером на конструктивную ячейку, применяют наиболее экономичный вариант конструкции свайного фундамента – безростверковый фундамент, при котором плиты перекрытий опирают на точно установленные (с отклонением верхней плоскости не более 10 мм) сборные оголовки свай. Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту. Свайные фундаменты имеют ряд преимуществ перед ленточными (см.табл. № 1).

Таблица №1. Сравнительные технико-экономические показатели ленточных и свайных фундаментов 80-квартирных жилых домов.

Р ис. 13 Свайные фундаменты:

а-на сваях-стойках;

б-на висячих сваях;

в-на монолитных набивных сваях;

г-на железобетонных забивных сваях;

д-узел колонны 1-го этажа и рандбалки;

1-сваи;

2-ростверк;

3-насыпной грунт;

4-торф;

5-твердая глина;

6-плывун;

7-арматурный каркас;

8-монолитный оголовок свай;

9-камуфлетная пята;

10-уплотненная грунтовая оболочка;

11-цоколь;

12-рандбалка;

13-перекрытие;

14-колонна;

15-стена.

Рис. 14 Свайные фундаменты: А – схема плана фундамента под здание с продольными несущими стенами; Б – то же, с поперечными; а-план свайного поля; б-план ростверка; В - расположение свай в плане; а-однорядное; б-шахматное; в-двухрядное; г-куст свай под колонну;

1-свая; 2-монолитный ростверк; 3-бетонная или щебеночная подготовка; 4-сборный ростверк под колонну; 5-сборный огловок; 6-сборный ростверк;

7-колонна.

Плитные фундаменты применяются при необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод. Их конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрестных лент. Для зданий с большими нагрузками, а также при использовании его подземного пространства применяются коробчатые фундаменты. Плитные фундаменты проектируют под здания в основном каркасной конструктивной системы. Для повышения жесткости плиты устраивают ребра в перекрестных направлениях, которые могут выполняться как ребрами вверх, так и вниз по отношению к плите. В учебных целях толщину ребристой плиты следует назначать от 1/8 до 1/10 пролета, а сплошной плиты от 1/6 до 1/8 соответственно.

Рис. 15 Плитные фундаменты: а, б - с ребрами вверх (а) и вниз (б); в - коробчатый; г - перекрестные ленты; 1-колонна; 2-фундаментная плита; 3-коробчатый фундамент; 4-перекрестные фундаментные ленты.

Рис. 16 Фундаменты каркасно-панельного здания:

А – схема плана; Б – схема разреза при фундаментных подушках; В – то же, при фундаментах стаканного типа;

1-наружная цокольная панель; 2-цокольное перекрытие; 3-пирамидальное основание колонны; 4-фундаментная подушка; 5-фундаментная балка; 6-фундаментный стакан; 7-фундаментный блок.

Рис. 17 Фундаменты смежных зданий:

1-фундамент существующего строения;

2-вновь возводимый фундамент;

3-шпунтовая стенка;

4-межевая линия (межа).

Глубиной заложения фундамента называется расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубину заложения фундаментов при проектировании определяют на основе исходных требований, оговоренных в задании на выполнение проекта (район строительства, тип и состояние грунтов основания, этажность, конструкции и технология возведения здания), и принимают в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 (Основания зданий и сооружений). В проектировании для определения глубины заложения фундаментных конструкций допускается пользоваться схематической картой изотерм нормативных значений глубины промерзания суглинистых и глинистых грунтов. (рис.18)

Рис. 18 Изотермы нормативных значений глубины промерзания грунтов.

Рис. 19 Схема определения глубины заложения ростверка и сваи